مجله پسر پارسی

سفر در زمان از بعد پنجم

نویسنده : erzos | تاریخ : ۳:٢٧ ‎ق.ظ - ۱۳٩۱/۱٢/٢۱

()

براساس نظریه ریسمان ها، جهان ما پوسته ای ۴ بعدی است که در یک فضا زمان ۱۰ بعدی شناور است.

۲) درصورت انحنای شدید ابعاد فراسوی جهان ما، هر ذره ای که قادر به خروج از ابعاد چهارگانه این جهان باشد، می تواند با میان بر زدن از میان بعد پنجم، حتی از نور هم پیشی بگیرد.

۳) حرکت سریع تر از نور، از دید برخی از ناظرهای این جهان، به معنای سفر در زمان و بازگشت به گذشته است.

۴) گراویتون ها و نوترینوهای خنثی ذراتی هستند که امکان خروج از جهان ما را دارند. بنابراین این ذرات قادرند در زمان سفر کنند.

۵) بدین ترتیب طی چند دهه آینده و با کمک نوترینوهای خنثی قادر خواهیم بود ایده سفر در زمان را به طور تجربی بیازماییم.

احتمالاً عنوان جدیدترین مقاله علمی «هانریش پاس» ( Pas.H) برای شما بیش از حد عجیب و غریب و نامفهوم به نظر برسد: «منحنی های زمان گونه بسته در جهان های پوسته ای خمیده غیرمتقارن» ! اما برای آنهایی که به فیزیک نظری مسلط هستند این مقاله از یک حقیقت شگفت انگیز پرده برداری می کند. براساس این مقاله، ساخت ماشین زمان، بسیار راحت تر و دردسترس تر از آن چیزی است که تاکنون تصور می شد.

پس دیگر کند و کاو طاقت فرسا در جهان برای یافتن سیاه چاله های چرخان یا کرم چاله های عجیب و غریب را ( که تا پیش از این به نظر می رسید که تنها راه های سفر در زمان باشند) فراموش کنید. براساس نظر «پاس» و همکارانش در دانشگاه هاوایی، در سفر در زمان، همواره و در همه جا در جهان بر روی ما گشوده است...


نکته جالب تر اینکه برخلاف اغلب سناریوهای قبلی، صحت این ایده را می توان همین جا بر روی زمین هم به معرض آزمون گذاشت. «بیل لوئیز» (Louis.B) که فیزیکدانی از آزمایشگاه ملی لس آلاموس در نیومکزیکو و یکی از مسئولان ارشد آزمایش معروف باریکه نوترینوی MiniBoone در آزمایشگاه شتاب دهنده فرمی است دراین باره می گوید: «به نظر من ایده ای که «پاس» ارائه کرده، ایده ای بسیار شگفت انگیز و فوق العاده است. اما هم اکنون مسئله مهم، نشان دادن صحت این ایده است.»

البته فیزیکدانانی نظیر «لوئیز» حق دارند که کمی محتاط باشند. در واقع باید گفت که هرچند هیچ یک از قوانین طبیعت امکان سفر در زمان را عملاً رد نمی کنند، اما فیزیکدان ها از دیرباز با این مسئله میانه چندان خوشی نداشته اند، چرا که سفر در زمان می تواند فرض پذیرفته شده تقدم علت بر معلول را زیر سئوال ببرد. از طرفی نقض قانون موجبیت می تواند اوضاع جهان را به هم بریزد. به عنوان مثال شما می توانید به گذشته سفر کرده و از تولد خودتان جلوگیری کنید.

وجود چنین تناقض نماهایی منجر به ارائه حدسی از سوی «استفن هاوکینگ» شد که اصطلاحاً «حدس حفاظت از تاریخ» نامیده می شود.

بقیه در ادامه مطلب


براساس این حدس باید اصولی در فیزیک (که هنوز کشف نشده اند) وجود داشته باشند که از امکان وقوع سفر در زمان جلوگیری کنند. تا همین سه سال پیش هیچ کس نتوانسته بود جزئیات چنین اصولی را ترسیم کند تا اینکه در سال ۲۰۰۳ گروهی از محققان که بر روی نظریه ریسمان ها (که بهترین گزینه برای رسیدن به نظریه ای واحد در فیزیک است) کار می کردند، مدعی شدند که براساس این نظریه، ساز و کارهایی وجود دارند که می توانند از سفر در زمان جلوگیری کنند.

تا به اینجا ظاهراً همه چیز درست بود.

اما حتماً می دانید که فیزیکدان ها در قانع نشدن به یک جواب، شهره خاص و عام هستند. این گونه بود که «پاس» و دو نفر از همکارانش به نام های «سندیپ پاکواسا» (Pakvasa.S) از دانشگاه هاوایی و «توماس ویلر» (Weiler.T) از دانشگاه وندربیلت در تنسی شروع به تجزیه و تحلیل مجدد نظریه ریسمان ها کردند. این نظریه، اجزای بنیادین جهان را نه به صورت ذرات نقطه ای بلکه به شکل ریسمان های مرتعش انرژی می داند. در این نظریه، ارتعاش سریع تر این ریسمان ها معادل جرم بیشتر ذرات است.

این ریسمان های مرتعش می توانند نحوه هزاران نوع برهم کنش مابین تمامی ذرات بنیادی نظیر کوارک ها و الکترون ها را توضیح دهند. اما نکته ای اساسی در مورد این نظریه وجود دارد: این نظریه تنها زمانی جواب می دهد که این ریسمان های انرژی به جای چهار بعد معمول، در یک فضا زمان ۱۰ بعدی در حال ارتعاش باشند. در واقع براساس نظریه ریسمان ها، این ابعاد اضافی یا فوق العاده کوچک هستند، به طوری که تاکنون متوجه حضور آنها نشده ایم و یا بسیار بزرگ و به گونه ای خمیده هستند که باز هم تا به حال از دید ما پنهان مانده اند.

بنابر نظریه ریسمان ها، جهان ما در واقع پوسته ای چهار بعدی است که در یک فضا زمان ۱۰ بعدی شناور است. اما از آنجایی که تمامی ذرات و نیروهای جهان ما مقید به پوسته چهار بعدی این جهان هستند و امکان خروج از آن را ندارند، بنابراین ما نیز تاکنون از وجود ابعاد بالاتر خارج از جهان خود (یعنی همین چهار بعدی که تجربه های ما محدود به آن است) هیچ اطلاعی نداشتیم. «پاس» در این باره می گوید: «اگر واقعاً چنین باشد پس امکان میان بر زدن از میان این ابعاد بالاتر نیز وجود خواهد داشت و همین مسیرهای میان بر است که سفر در زمان را ممکن می سازد.»

تجسم چنین میان برهایی کار چندان دشواری نیست. فرض کنید که پوسته چهار بعدی جهان ما که در بعد بالاتر (بعد پنجم) جای گرفته همانند کاغذی باشد که از وسط تا شده و دو انتهای آن بر روی همدیگر قرار گرفته است.

در این صورت می توان از نقطه ای واقع بر پوسته جهان، آن را ترک کرده و وارد بعد بالاتر شد و پس از پیمودن مسیری کوتاه در بعد پنجم دوباره و در نقطه ای دیگر در مقابل آن به جهان بازگشت. جالب اینجاست که اگر این صفحه خم شده (یعنی جهان ما) صفحه ای بسیار بزرگ باشد، در این صورت برای پیمودن همین مسیر از روی خود صفحه (یعنی از درون جهان) می بایست فاصله ای بسیار طولانی را طی می کردیم اما با خروج از پوسته جهان و عبور از میان ابعاد بالاتر عملاً میان بر خواهیم زد.

اما مسئله ای در ارتباط با تصویری که ارائه شد وجود دارد. اگرچه اساساً می توان جهانی را تصور کرد که بتوان از یک سوی آن به سوی دیگر میان بر زد اما مسئله آن است که جهان ما نمی تواند مشابه چنین جهانی باشد.

علت این امر آن است که فضا زمان چنین جهانی به شدت خمیده بوده و نتیجتاً با نظریه نسبیت خاص اینشتین (که هندسه فضا را تخت یا اقلیدسی می داند) ناسازگار خواهد بود. از آنجایی که آزمون های تجربی متعددی تاکنون صحت پیش بینی های نسبیت خاص را در حوزه محلی موقعیت ما در جهان تا دقتی بالاتر از یک به یک میلیون تایید کرده اند، بنابراین بسیار بعید است که پوسته چهاربعدی جهان ما همانند یک کاغذ تاشده باشد.

بنابراین پاس، پاکواسا و ویلر از فرض دیگری استفاده کردند. آنها فضا زمانی را در نظر گرفتند که در آن، جهان ما یک پوسته چهاربعدی تخت بوده اما این پوسته تخت، در ابعاد بالاتری شناور است که به شدت خمیده هستند. از آنجایی که در این تصویر، جهان ما تخت است بنابراین نسبیت خاص همچنان در آن معتبر خواهد بود.

اما میزان انحنای ابعاد بالاتر خارج از جهان ما به حدی است که نسبیت خاص در آن ابعاد دیگر اعتبار خود را از دست خواهد داد. این امر بدان معناست که هر چیزی که بتواند از ابعاد جهان ما خارج شده و وارد بعد پنجم شود قادر خواهد بود یکی از بنیادی ترین اصول نسبیت خاص را زیر پا بگذارد: چنین چیزی قادر است با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت کند.

این امر، نتایج خارق العاده ای را برای ساکنان پوسته جهان ما در بر خواهد داشت. در نظر اشخاصی که در این جهان زندگی می کنند، هر چیزی که مسیری میان بر را از میان ابعاد بالاتر هستی طی کند، ناگهان از نقطه ای از جهان ما غیب شده و در نقطه ای دیگر در جهان ظاهر می شود. در نظر برخی از ساکنان جهان، هویت مزبور فاصله مابین این دو نقطه را حتی سریع تر از نور طی خواهد کرد.

اما شگفت انگیزتر آن که در نظر برخی دیگر، آن چیز حتی در زمان سفر کرده و به گذشته باز خواهد گشت. علت این امر آن است که براساس نظریه نسبیت خاص، در برخی از چارچوب های مرجع، حرکت سریع تر از نور معادل سفر در زمان و بازگشت به گذشته است. «پاس» در این باره می گوید: «چنین مسیرهای میان بری که از ابعاد بالاتر هستی در خارج از جهان ما عبور می کنند اصطلاحاً «منحنی های زمان گونه بسته» نامیده می شوند. یافتن چنین مسیرهایی در واقع معادل دستیابی به رمز ماشین زمان است.»

● خروج از رویه

اما این ایده سفر در زمان نیازمند حل یک مشکل است و آن یافتن راهی است برای خروج از جهان ما و ورود به ابعاد بالاتر هستی. اما انجام چنین کاری چگونه میسر خواهد بود؟ خوشبختانه نظریه ریسمان ها راهی را برای این کار در پیش روی ما قرار می دهد. براساس این نظریه تقریباً تمامی ریسمان های نمایانگر ذرات بنیادی جهان ما ریسمان هایی باز هستند و دو انتهای این ریسمان ها همواره مقید به پوسته جهان ماست.

به همین دلیل هم این ذرات هیچ گاه نخواهند توانست از جهان ما خارج شده و با ورود به بعد پنجم، مسیر میان بری را در فضا زمان بپیمایند. اما در این میان دو استثنای مهم نیز وجود دارد: یکی ذره (ریسمان) حامل نیروی گرانش به نام گراویتون و دیگری نوع چهارمی از نوترینو که در برابر سه نوع معمول آن اصطلاحاً نوترینوی خنثی نامیده می شود (منظور از نوترینوی خنثی، خنثی بودن آن به لحاظ الکتریکی نیست چراکه نوترینوهای معمولی نیز همگی فاقد بار الکتریکی بوده و هیچ یک در برهم کنش الکترومغناطیسی شرکت نمی کنند.

در واقع منظور از عبارت خنثی آن است که این نوترینوها دارای فوق بار ضعیف صفر هستند و بنابراین حتی در برهم کنش ضعیف هم شرکت نمی کنند و تنها در برهم کنش گرانشی وارد می شوند). مطابق نظریه ریسمان، این دو ذره برخلاف سایر ذرات، ریسمان های حلقوی بسته هستند. از آنجایی که این ریسمان های بسته عملاً هیچ انتهای مشخصی ندارند که به پوسته جهان مقید باشند، بنابراین می توانند آزادانه از جهان ما خارج شده و به سایر ابعاد هستی سفر کنند.

همین ویژگی گراویتون ها است که به نظریه پردازان ریسمان کمک می کند تا ضعیف بودن نیروی گرانش را نسبت به سایر نیروهای بنیادی نظیر الکترومغناطیس تبیین کنند. بر این اساس، ضعیف بودن نیروی گرانش در واقع بدان علت است که تعداد بسیاری از گراویتون های گسیل شده توسط ذره مبدأ پیش از آنکه فرصت رسیدن به ذره مقصد را پیدا کنند از جهان ما خارج خواهند شد و به ابعاد بالاتر درز می کنند.


اما شگفت انگیزتر آنکه خروج این ذرات از ابعاد جهان ما و میان بر زدن آنها از میان ابعاد بالاتر هستی بدان معنا است که گراویتون ها و نوترینوهای خنثی اساساً توانایی سفر در زمان را دارند. بنابراین «پاس» معتقد است که به کمک این ذرات می توان امکان سفر در زمان را به طور تجربی به محک آزمون گذاشت.

اما چنین کاری چندان آسان نخواهد بود چراکه هیچ کس تاکنون موفق به دام اندازی یک گراویتون یا نوترینوی خنثی نشده است، زیرا آشکارسازی این ذرات بسیار نامحتمل و دشوار است. در هر ثانیه هزاران میلیارد نوترینوی معمولی از بدن ما می گذرند، اما ما متوجه عبور هیچ یک از آنها نمی شویم چراکه این ذرات، بسیار به ندرت با الکترون ها و اتم ها برهم کنش انجام می دهند.

اما احتمال برهم کنش نوترینوهای خنثی با ماده حتی از نوترینوهای معمولی هم کم تر است چراکه نوترینوهای خنثی تنها از طریق برهم کنش فوق العاده ضعیف گرانشی و نیز تبادل بوزون هیگز با ماده برهم کنش دارند. (بوزون هیگز، ذره ای است که هنوز به طور تجربی کشف نشده است. جرم هریک از ذرات بنیادی در واقع ماحصل برهم کنش آنها با این ذره است.)

با همه این احوال «پاس» و همکارانش معتقدند که براساس مکانیک کوانتومی راهی برای این مسئله وجود دارد.

قوانین فیزیک کوانتومی حاکی از آن است که نوترینوها می توانند از نوعی به نوع دیگر تبدیل شوند. آزمایش های انجام شده در ژاپن و ایالات متحده نیز که برای آشکارسازی نوترینوهای خورشیدی و نیز نوترینوهای حاصل از سایر منابع اخترفیزیکی طراحی شده اند، به طور تجربی موفق به تایید امکان تبدیل نوترینوها از نوعی به نوع دیگر شده اند.

همین مسئله در مورد نوترینوهای خنثی هم صادق است به گونه ای که این نوترینوها نیز می توانند به نوترینوهای معمولی (که با سهولت بسیار بیشتری قابل آشکارسازی هستند) تبدیل شوند و بالعکس. نکته حائز اهمیت آنکه احتمال این تبدیل، به تناسب چگالی محیطی که نوترینوها در حال عبور از آن هستند، افزایش می یابد.

همین نکته بود که سبب شد تا «پاس» و همکارانش پیشنهاد انجام آزمایشی را ارائه دهند که خواهد توانست امکان سفر در زمان را به طور تجربی نشان دهد. در این آزمایش، باریکه ای از نوترینوهای معمولی از یک مرکز تحقیقاتی واقع در قطب جنوب به سوی آشکارسازی در روی خط استوا ارسال خواهد شد. در هنگام عبور باریکه از میان کره زمین، بخشی از نوترینوها به نوترینوهای خنثی بدل خواهند شد. ازآنجایی که این نوع نوترینوها قادرند از میان ابعاد بالاتر فراسوی جهان ما میان بر بزنند بنابراین زودتر از بقیه به آن سوی کره زمین خواهند رسید، به گونه ای که گویی از نور هم سریع تر حرکت کرده اند.

اما همین که این نوترینوها از آن سوی زمین خارج شده و وارد اتمسفر شوند، دوباره تغییر نوع داده و به نوترینوهای معمولی (که قابل آشکارسازی هستند) بدل خواهند شد. اما با توجه به چرخش زمین و در کمال تعجب، این نوترینوها (که سریع تر از نور حرکت کرده بودند) در زمانی پیش از زمان آغاز حرکت خود به مقصد خواهند رسید!

هرچند انجام چنین آزمایشی فراتر از توانمندی های فناوری فعلی بشر است، اما همان طور که «پاس» هم به درستی بدان اشاره دارد، انجام این آزمایش طی حداکثر۵۰ سال آینده میسر خواهد شد. البته تحقق چنین آزمایشی پیش از هرچیز نیازمند صحیح بودن دو پیش فرض است. شرط اول، وجود نوترینوهای خنثی است.

اگرچه اکنون بسیاری از فیزیکدان ها معتقدند که چنین نوترینوهایی باید وجود داشته باشند، اما این امر هنوز به طور تجربی تایید نشده است. و شرط دوم آن است که همان طور که «پاس» فرض کرده است ما واقعاً در یک فضا زمان خمیده غیرمتقارن زندگی می کنیم. اما چنین پیش فرضی تا چه حد قابل قبول است؟

هنگامی که اینشتین، نظریه نسبیت عام را ارائه کرد، عملاً نشان داد که فضا زمان تحت چه شرایطی ممکن است خمیده و یا تخت باشد. اما معادلات اینشتین چیزی درباره هندسه واقعی جهان به ما نمی گوید (بلکه صرفاً حالت های ممکن این هندسه را به تصویر می کشد). بنابراین، به عنوان مثال کیهان شناسان صرفاً با اتکا به این معادلات نمی توانند بگویند که آیا جهان ما تا بی نهایت ادامه دارد و یا اینکه این جهان، جهانی خمیده و بسته است. همین امر، در ماشین های زمان متفاوتی را بر روی فیزیکدان ها گشوده است، که برخی قابل قبول تر از بقیه هستند.

به عنوان مثال، یکی از پاسخ های مشهور معادلات اینشتین که برای نخستین بار توسط ریاضیدانی به نام «کورت گودل» (Godel. K) ارائه شد، جهانی را توصیف می کند که با سرعت به دور خود درحال چرخش است.

در چنین جهانی نور به جای حرکت در خط راست، در یک مسیر مارپیچی حرکت خواهدکرد. «گودل» توانست نشان دهد مسافری که در چنین جهانی مسیری طولانی را در اعماق کیهان طی می کند، قادر است حتی از نور هم پیشی گرفته و در زمانی پیش از شروع حرکت خود از مبدأ، به آنجا بازگردد. به عبارتی جهان چرخنده گودل، همانند یک ماشین زمان عمل می کند. اما مسئله همان طور که «پاس» هم بدان اشاره می کند، این است که ما واقعاً در چنین جهانی زندگی نمی کنیم.

یکی دیگر از انواع ماشین زمان را می توان در درون سیاه چاله های چرخان جست وجو کرد. در سیاه چاله های چرخان، فضا زمان آنچنان انحنا پیدا می کند که جای فضا با زمان عوض می شود. اگرچه این نوع ماشین زمان واقعاً در جهان ما وجود دارد اما در اینجا هم مسئله آن است که این سیاه چاله های چرخان عملاً خارج از دسترس ما هستند. اما پس از سیاه چاله های چرخان، نوبت به نوع دیگری از ماشین زمان می رسد که ایده آن برای اولین بار توسط فیزیکدانی به نام «فرانک تیپلر» ( F.Tipler) مطرح شد.

این نوع ماشین زمان در فضا زمان اطراف یک جرم استوانه ای چرخان نامتناهی شکل می گیرد، اما به عقیده «پاس» ساخت چنین ماشینی هم عملاً غیرممکن است، چرا که نیازمند جرم استوانه ای فوق العاده عظیمی است که با سرعتی غیرقابل باور در حال چرخش باشد.

یکی دیگر از گزینه های مطرح در مورد ماشین زمان، کرم چاله ها هستند. این تونل های میکروسکوپی در ساختار فضا زمان، می توانند یک نقطه از زمان را به نقطه ای دیگر از آن متصل کنند. اما برای عبور از میان این تونل ها هم یک مشکل اساسی وجود دارد: تونل کرم چاله ها در یک چشم برهم زدن پس از تشکیل، به طور خود به خود بسته می شود.

برای باز نگاه داشتن این تونل ها فقط یک راه وجود دارد و آن استفاده از نوعی ماده ناشناخته است. این نوع ماده برخلاف ماده معمولی که در حضور میدان گرانشی جذب می شود، بر اثر نیروی گرانش دفع خواهد شد و همین نیروی دافعه است که می تواند از بسته شدن دهانه کرم چاله جلوگیری کند.

اما همان طور که «پاس» هم می گوید، ما هنوز نمی دانیم که چنین ماده عجیب و غریبی در جهان وجود دارد یا خیر و اگر وجود داشته باشد، آیا پایدار خواهد بود یا نه.

اگرچه «پاس» اذعان می دارد طرحی که توسط او و همکارانش برای سفر در زمان ارائه شده نیز، نیازمند وجود ماده عجیبی است که بتواند به بعد پنجم انحنا بدهد، اما به نظر او، به هر حال این طرحی، قابل قبول تر از بقیه طرح هاست.

علت این امر آن است که ماده عجیب ناشناخته در این طرح ( برخلاف طرح کرم چاله ها) می تواند در میان ابعاد بالاتر خارج از جهان ما، پنهان شده باشد. بدین ترتیب طرح «پاس» می تواند توضیح دهد که چرا تاکنون ما با چنین ماده عجیب و غریبی در جهان مواجه نشده ایم.

البته ایده «پاس» هم مانند هر ایده دیگری منتقدانی دارد. یکی از این اشخاص، «سیدنی دسر» (S.Deser) از دانشگاه براندیس ماساچوست است.

دسر که ایده وجود ماده عجیب و ناشناخته را چندان نمی پسندد، همانند اینشتین معتقد است که سفر در زمان اساساً ممکن نخواهد بود.

اما «پاس» معتقد است که با تصویری که او و همکارانش از فضا زمان ارائه داده اند، می توان تعدادی از مسائل بی پاسخ را که نسبیت عام با آنها مواجه است حل کرد. به عنوان مثال، برقراری ارتباطی فراتر از سرعت نور مابین نقاط دوردست کیهان با همدیگر در جهان اولیه، می تواند به تبادل گرمایی این نقاط با همدیگر منجر شده باشد.

همین امر قادر خواهد بود که علت یکنواختی دمای جهان را که توسط کیهان شناسان مشاهده شده است، توضیح دهد. بدین ترتیب نظریه «پاس» می تواند جایگزینی برای نظریه تورمی باشد (نظریه تورمی در کیهان شناسی سعی دارد تا با فرض این که در لحظات آغازین پیدایش جهان، فضا زمان دچار انبساط فوق العاده سریع و غیرقابل تصوری شده است، یکنواختی دمای جهان را توضیح دهد). در واقع تا پیش از ارائه نظریه پاس، عمده کیهان شناسان از نظریه تورمی حمایت می کردند، اما مسئله آن است که هیچکس تاکنون موفق به ارائه جزئیات فیزیک ورای مسئله تورم کیهانی نشده است.


دسته بندی : متافیزیک (ماوراءالطبیعه)